CN104550803A - 一种优质连铸坯的冷却装置及冷却方法 - Google Patents

一种优质连铸坯的冷却装置及冷却方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于优质连铸坯的冷却装置及冷却方法，所述装置包括相对设置于垛位上的两个耐火墙(1)，所述任一耐火墙(1)底部设置若干导轮(2)，所述导轮(2)均放置于导轨(3)上，使耐火墙(1)沿导轨(3)进行滑移。本发明可以保证连铸坯在高温模式下进行缓冷，有效缓解连铸坯溶质元素的偏析，改善组织均匀程度，控制连铸坯低倍组织并能降低钢中气体含量。

Description

一种优质连铸坯的冷却装置及冷却方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金连铸领域，具体涉及一种优质连铸坯的冷却装置及冷却方法。
背景技术
随着国内钢铁业的发展，钢铁材料的性能不断提升，合金化以及微合金化在钢中的应用范围越来越广，钢材轧制过程受温度和变形制度的制约，由连铸坯本身带来的组织缺陷无法完全消除，加之国内钢铁业内冶金连铸技术的现状，完全的真空纯净浇铸基本无法实现，基于基础的凝固原理，导致连铸坯在凝固过程造成组织偏析以及组织不均匀，甚至钢中气体含量高或者各种表面与内部缺陷。导致最终产品产生局部的差异甚至性能波动。
上述具体缺陷以及形成机理如下：
成分偏析：在连铸坯的浇注过程中，由于溶质元素在液相以及固相钢水中的溶解度差异较大，当钢水成分复杂，尤其是合金含量较高的合金钢浇注时，这种溶质元素在固液相之间的差异更大，而因这种元素的偏析造成的结果反应到轧材中将会造成最终组织不均匀，带状组织严重，甚至造成分层的恶果。另外，有害元素的偏聚也是不容忽视的问题之一，对大多数钢材来说，S、P等有害杂质元素会伤害钢材的性能，因为温度以及溶解度的影响，有害元素会在连铸坯中形成富集带甚至富集层，而这些层和带在凝固过程中没有有效的手段和措施将其破坏，将会对钢材的最终性能产生影响。
组织不均匀：基于凝固理论，在连铸过程中，在钢水接触到结晶器铜板时，首先产生晶粒度细小的致密激冷层，过后形成树枝晶区，在此区间，又形成较为严重的枝晶间偏析，最后连铸坯中心形成粗的等轴晶区，此时，溶质元素以及杂质元素在弧形或者直弧形连铸坯内弧偏聚，形成整个铸态组织，在较为先进的连铸机中，结晶器电磁搅拌技术、轻压下以及凝固末端电磁搅拌技术等能够将铸坯的组织均匀性有所提高，但却需要花费巨大的投资。且一直以来，冶金工作者都希望通过各种手段提高连铸坯的铸态组织均匀性和致密性，但代价昂贵。
钢中气体含量较高，在空气湿度较大的季节生产，生产环节所使用的原材物料会含有较高的水分，由于原材物料的潮湿或吸气所带进铸坯内部的水分在钢中形成H原子，对钢材的性能危害极大，甚至会造成大量的废品，另外，生产使用钒氮合金微合金化的铸坯是，钢中游离态的氮不受控时，也容易产生一系列缺陷。
因此，亟需一种能够克服上述缺陷的冷却方法。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种优质连铸坯的冷却装置及冷却方法。本发明可以保证连铸坯在高温模式下进行缓冷，有效缓解连铸坯溶质元素的偏析，改善组织均匀程度，控制连铸坯低倍组织并能降低钢中气体含量。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种用于优质连铸坯的冷却装置，所述装置包括相对设置于垛位上的两个耐火墙1，所述任一耐火墙1底部设置若干导轮2，所述导轮2均放置于导轨3上。
本发明中耐火墙1可沿导轨3进行滑移。
进一步地，所述任一耐火墙1外皮采用钢板包覆。
更进一步地，所述导轨3呈平行设置。
一种基于上述冷却装置的优质连铸坯的冷却方法，所述方法包括以下步骤：
1)在优质连铸坯冷却垛位上相对设置两条导轨3，在任一导轨3上均放置一底部安装导轮2的耐火墙1；
2)将两个耐火墙1相对固定，同时在导轨3的中间、耐火墙1的两端均交错码放热态连铸坯垛，热态连铸坯垛与耐火墙1围成一个缓冷受控垛位；
3)在缓冷受控垛位中交错码放缓冷连铸坯垛，缓冷连铸坯垛底部和顶部码放一层热态连铸坯，中间为优质连铸坯，且使缓冷连铸坯垛距离热态连铸坯垛2-7米，同时与耐火墙1的距离≤10米；
4)优质连铸坯在缓冷受控垛位中冷却至预定温度(预定温度为常温至750℃之间的任何温度。)；
5)然后移动耐火墙1，重复步骤2)-4)进行另外一批优质连铸坯的冷却。
作为一个优选，所述步骤2)和步骤3)中的交错码放具体为：首先平行码放第一层连铸坯，再与第一层连铸坯呈十字形平行码放第二层连铸坯，重复第一层和第二层的码放方式码放若干层。
更优选地，所述若干层为三层。
优选地，所述步骤2)中缓冷受控垛位的温度为200～900℃。
本发明在优质连铸坯生产时，预先在优质连铸坯冷却垛位两边交错码放有一定温度的热态连铸坯，依据热辐射生成有一定温度的空间，能够使合金含量高的连铸坯在堆垛过程中，有选择的进行分温度段冷却，更有效的保证连铸坯内合金组织的均匀性，减少铸坯内部合金元素以及有害元素偏析，更有效的均匀成分。更进一步地，溶质元素的均匀化在连铸坯冷却过程析出较多的合金元素成为晶粒生长的形核核心，使连铸坯的铸态组织更致密，缺陷更少。
本发明使用热态连铸坯温度对垛位进行预热，使受控垛位的温度可以在“200～900℃”之间进行变化，通过对各种合金析出时间以及温度的延长，增加合金的析出量、提高均匀度。
本发明的耐火墙底部有导轨以及导轮，可以任意改变受控垛位的位置，可以最大化的重复利用热能实现铸坯的离线缓冷。
本发明适用于强度高，韧性好，合金以及组织均匀性要求高的所有连铸坯。
附图说明
图1为本发明冷却装置的结构示意图；
附图标记：1、耐火墙；2、导轮；3、导轨。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施实例对本发明作进一步说明，但并不因此将本发明局限在实施实例描述的范围之内。
如图1所示，一种用于优质连铸坯的冷却装置，所述装置包括相对平行设置于垛位上的耐火墙1，所述任一耐火墙1底部设置若干导轮2，所述导轮2放置于平行设置的导轨3上，使耐火墙1可沿导轨3进行滑移。
所述任一耐火墙1外皮采用钢板包覆。
一种基于上述冷却装置的优质连铸坯的冷却方法，所述方法包括以下步骤：
1)在优质连铸坯冷却垛位上相对设置两条导轨3，在任一导轨3上均放置一底部安装导轮2的耐火墙1；
2)将两个耐火墙1相对固定，同时在导轨3的中间、耐火墙1的两端均交错码放热态连铸坯垛，热态连铸坯垛与耐火墙1围成一个缓冷受控垛位，缓冷受控垛位内的温度为200～900℃；
3)在缓冷受控垛位中交错码放缓冷连铸坯垛，具体为底部码放一层热态连铸坯，中间交错码放优质连铸坯垛，顶部码放一层热态连铸坯，且使缓冷连铸坯垛距离热态连铸坯垛2-7米，同时与耐火墙1的距离≤10米；
4)优质连铸坯在缓冷受控垛位中冷却至预定温度；
5)然后移动耐火墙1，重复步骤2)-4)进行另外一批优质连铸坯的冷却。
所述步骤2)和步骤3)中的交错码放具体为：首先平行码放第一层连铸坯，再与第一层连铸坯呈十字形平行码放第二层连铸坯，重复第一层和第二层的码放方式码放三层。
以截面尺寸为240×375mm的矩形连铸坯为例，连铸坯定尺长度为7000mm。
将相同炉次的连铸坯100t分为50t为一批的两批连铸坯，一批以常规方式冷却堆垛冷却，另外一批以本发明所述方法在预先预热的缓冷受控垛位进行冷却，分别对缓冷过后的连铸坯低倍组织，偏析程度以及连铸坯气体含量N、H、O含量进行分析对比。
连铸坯低倍组织按照GB/T226钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验法进行检验，按照GB/T24178连铸钢坯凝固组织低倍评定方法进行评定。
偏析度将连铸坯使用原位分析仪进行分析。原位分析是对被分析对象的原始状态的化学成分和结构进行分析的一项技术。最大偏析度是评定连铸坯各种成分偏析程度的指标，其值得定义为钢种某成分的最高值与平均值比值。
钢中气体分析采用氧氮氢分析仪，为美国LECO公司TCH-600型设备分析
实施例1
浇铸成分为C％0.08、Si％0.26、Mn％1.45、P％0.018、S％0.008、V％0.040、Ti％0.020的钢种时，将相同炉次100t铸坯分成两部分，其中一批以常规方式冷却堆垛冷却，另外一批以本发明所述冷却装置及冷却方法在预先预热的缓冷受控垛位进行冷却，分别对缓冷过后的连铸坯低倍组织，偏析程度以及连铸坯气体含量N、H、O含量进行分析对比。
采用本发明所述冷却装置及冷却方法：低倍组织结果显示，钢材中心偏析0.5级，细等轴晶区占连铸坯总面积12.1％，柱状晶区占连铸坯总面积43.9％，粗等轴晶区占连铸坯总面积的43.6％，偏析度为C：1.19、Si：1.21、Mn：1.26、P：1.15、S：1.42、V：1.09、Ti：1.24，钢中的氮含量为86ppm，氢含量为1.6ppm，氧含量为41ppm。
采用常规冷却方法：低倍组织结果显示，钢材中心偏析1级，细等轴晶区占连铸坯总面积10.6％，柱状晶区占连铸坯总面积65.4％，粗等轴晶区占连铸坯总面积的24.0％，偏析度为C:1.12、Si 1.15、Mn：1.14、P：1.33、S：1.35、Ti：1.26、Cr：1.31，，钢中的氮含量为84ppm，氢含量为3.5ppm，氧含量为51ppm。
由上述结果可知，采用本发明所述冷却装置及冷却方法，钢材中心偏析降低了0.5级，细等轴晶区占铸坯总面积比例提高1.5％，柱状晶区占连铸坯总面积减少了21.5％，粗等轴晶区站连铸坯总面积升高了20.3％，偏析度各元素均有所降低，钢种气体含量总和降低了11.9ppm。
实施例2
浇铸成分为C％0.09、Si％0.24、Mn％1.42、P％0.012、S％0.006、Nb％0.029、V％0.022、Ti％0.016的钢种时，将相同炉次100t铸坯分成两部分，其中一批以常规方式冷却堆垛冷却，另外一批以本发明所述方法在预先预热的缓冷受控垛位进行冷却，分别对缓冷过后的连铸坯低倍组织，偏析程度以及连铸坯气体含量N、H、O含量进行分析对比。
采用本发明所述冷却装置及冷却方法：低倍组织结果显示，钢材中心偏析0.5级，细等轴晶区占连铸坯总面积12.3％，柱状晶区占连铸坯总面积42.6％，粗等轴晶区占连铸坯总面积的44.8％，偏析度为C：1.08、Si：1.11、Mn：1.20、P：1.19、S：1.34、Nb：1.19、V：1.20、Ti：1.09，钢中的氮含量为63ppm，氢含量为1.9ppm，氧含量为38ppm。
采用常规冷却方法：低倍组织结果显示，钢材中心偏析1.5级，细等轴晶区占连铸坯总面积10.9％，柱状晶区占连铸坯总面积64.3％，粗等轴晶区占连铸坯总面积的24.8％，偏析度为C：1.35、Si：1.34、Mn：1.41、P：1.29、S：1.85、Nb：1.45、V：1.39、Ti：1.47，钢中的氮含量为72ppm，氢含量为2.9ppm，氧含量为45ppm。
由上述结果可知，采用本发明所述冷却装置及冷却方法，钢材中心偏析降低了1级，细等轴晶区占铸坯总面积比例提高1.4％，柱状晶区占连铸坯总面积减少了21.7％，粗等轴晶区占连铸坯总面积升高20.3％，偏析度各元素均有所降低，钢种气体含量总和降低17ppm。
实施例3
浇铸成分为C％0.08、Si％0.26、Mn％1.45、P％0.018、S％0.008、Nb％0.030、Cr％0.035、Ni％0.035、Cu％0.065、Ti％0.013的钢种时，将相同炉次100t铸坯分成两部分，其中一批以常规方式冷却堆垛冷却，另外一批以本发明所述方法在预先预热的缓冷受控垛位进行冷却，分别对缓冷过后的连铸坯低倍组织，偏析程度以及连铸坯气体含量N、H、O含量进行分析对比。
采用本发明所述冷却装置及冷却方法：低倍组织结果显示，钢材中心偏析0.5级，细等轴晶区占连铸坯总面积11.8％，柱状晶区占连铸坯总面积44.0％，粗等轴晶区占连铸坯总面积的44.1％，偏析度为C：1.11、Si：1.19、Mn：1.21、P：1.23、S：1.42、Nb：1.20、Cr：1.19、Ni：1.20、Cu：1.31、Ti：1.14钢中的氮含量为66ppm，氢含量为2.2ppm，氧含量为39ppm。
采用常规冷却方法：低倍组织结果显示，钢材中心偏析1级，细等轴晶区占连铸坯总面积11.1％，柱状晶区占连铸坯总面积67.1％，粗等轴晶区占连铸坯总面积的21.2％，偏析度为C 1.33、Si：1.45、Mn：1.41、P：1.32、S：1.84、Nb：1.35、Cr：1.39、Ni：1.42、Cu：1.49、Ti：1.31钢中的氮含量为74ppm，氢含量为3.8ppm，氧含量为53ppm。
由上述结果可知，采用本发明所述冷却装置及冷却方法，钢材中心偏析降低了0.5级，细等轴晶区占铸坯总面积比例提高0.7％，柱状晶区占连铸坯总面积减少了23.1％，粗等轴晶区占连铸坯总面积升高了22.4％，偏析度各元素均有所降低，钢种气体含量总和降低23ppm。
实施例4
浇铸成分为C％0.18、Si％0.26、Mn％0.9、P％0.018、S％0.008、Ti％0.015、Cr％:1.12的钢种时，将相同炉次100t铸坯分成两部分，其中一批以常规方式冷却堆垛冷却，另外一批以本发明所述方法在预先预热的缓冷受控垛位进行冷却，分别对缓冷过后的连铸坯低倍组织，偏析程度以及连铸坯气体含量N、H、O含量进行分析对比。
采用本发明所述冷却装置及冷却方法：低倍组织结果显示，钢材中心偏析1.0级，细等轴晶区占连铸坯总面积13.4％，柱状晶区占连铸坯总面积47.6％，粗等轴晶区占连铸坯总面积的38.9％，偏析度为C：1.12、Si：1.15、Mn：1.14、P：1.33、S：1.35、Ti：1.26、Cr：1.31，钢中的氮含量55ppm，氢含量为2.5ppm，氧含量为26ppm。
采用常规冷却方法：低倍组织结果显示，钢材中心偏析0.5级，细等轴晶区占连铸坯总面积12.1％，柱状晶区占连铸坯总面积70.2％，粗等轴晶区占连铸坯总面积的17.8％，偏析度为C：1.34、Si：1.41、Mn：1.35、P：1.46、S：1.95、Ti：1.37、Cr；1.49，钢中的氮含量为60ppm，氢含量为4.1ppm，氧含量为37ppm.
由上述结果可知，采用本发明所述冷却装置及冷却方法，钢材中心偏析降低了0.5级，细等轴晶区占铸坯总面积比例提高1.2％，柱状晶区占连铸坯总面积减少22.6％，粗等轴晶区占连铸坯总面积升高了21.2％，偏析度各元素均有所降低，钢中气体含量总和降低，18ppm。
综上所述，采用本发明所述冷却装置及冷却方法，钢材中心偏析平均降低0.5级，细等轴晶区占铸坯总面积比例有所提高，柱状晶区占连铸坯总面积减少20％以上，粗等轴晶区站连铸坯总面积升高20％以上，有效防止元素偏析，偏析度各元素均有所降低，钢中气体含量总和降低。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种用于优质连铸坯的冷却装置，其特征在于，所述装置包括相对设置于垛位上的两个耐火墙(1)，所述耐火墙(1)底部设置若干导轮(2)，所述导轮(2)均放置于导轨(3)上，使耐火墙(1)沿导轨(3)进行滑移。
2.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述耐火墙(1)外皮采用钢板包覆。
3.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述导轨(3)呈平行设置。
4.一种基于权利要求1-3任一所述冷却装置的优质连铸坯的冷却方法，所述方法包括以下步骤：
1)在优质连铸坯冷却垛位上相对设置两条导轨(3)，在任一导轨(3)上均放置一底部安装导轮(2)的耐火墙(1)；
2)将两个耐火墙(1)相对固定，同时在导轨(3)的中间、耐火墙(1)的两端均交错码放热态连铸坯垛，热态连铸坯垛与耐火墙(1)围成一个缓冷受控垛位；
3)在缓冷受控垛位中交错码放缓冷连铸坯垛，缓冷连铸坯垛底部和顶部码放一层热态连铸坯，中间为优质连铸坯，且使缓冷连铸坯垛距离热态连铸坯垛2-7米，同时与耐火墙(1)的距离≤10米；
4)优质连铸坯在缓冷受控垛位中冷却至预定温度；
5)然后移动耐火墙(1)，重复步骤2)-4)进行另外一批优质连铸坯的冷却。
5.根据权利要求4所述的冷却方法，其特征在于，所述步骤2)和步骤3)中的交错码放具体为：首先平行码放第一层连铸坯，再与第一层连铸坯呈十字形平行码放第二层连铸坯，重复第一层和第二层的码放方式码放若干层。
6.根据权利要求5所述的冷却方法，其特征在于，所述若干层为三层。
7.根据权利要求4所述的冷却方法，其特征在于，所述步骤2)中缓冷受控垛位的温度为200～900℃。
8.根据权利要求4所述的冷却方法，其特征在于，所述预定温度为常温至750℃之间的任一温度。
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